CN102080967B - 惯性导航系统升沉速度的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对惯性导航系统输出的升沉速度的精度的测量装置，包括高精度光栅尺和摇摆台，高精度光栅尺竖直安装在一支架上，该支架下部的支撑板上导向安装一竖直的顶杆，该顶杆通过一连接线与高精度光栅尺的光栅读数头相连接；顶杆和摇摆台通过一连接架相连接，该连接架的一端与摇摆台台面固装，该连接架的另一端安装一滚动体，该滚动体安装在顶杆下端的安装槽内。本发明是一种利用光栅尺实现对惯性导航系统升沉速度的测量方法及装置，本发明可以将被测惯性平台的升沉运动从复合运动中分离出来，并转化为光栅尺读数头的上下运动，保证了对升沉速度的动态测量精度，对于惯性导航系统对舰船升沉运动的测量精度的评定起到了极大的作用。

Description

惯性导航系统升沉速度的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及惯性导航系统升沉速度的测量领域，尤其是一种利用光栅尺实现对惯性导航系统升沉速度的测量方法及装置。

背景技术

高精度的升沉速度测量对于舰船尤其是舰船在实际航行中有着至关重要的意义。但是，对升沉速度的动态测量精度的检验一直是一个难题。以往只能通过静态试验验证精度，或者在试验车爬坡时通过观察惯导输出升沉速度的正负来定性地，而不能定量地检验该项指标。之所以说对升沉速度的动态测量是一个难题，是因为有以下两个方面的原因：一是缺少高精度的测量设备；第二也是最关键的原因是很难从舰船的复合运动中提取出升沉运动。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用高精度光栅尺对惯性导航系统升沉速度测量的方法，并设计了相应的安装、检测装置。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种惯性导航系统升沉速度的测量装置，其特征在于：包括高精度光栅尺和摇摆台，高精度光栅尺竖直安装在一支架上，该支架下部的支撑板上导向安装一竖直的顶杆，该顶杆通过一连接线与高精度光栅尺的光栅读数头相连接；顶杆和摇摆台通过一连接架相连接，该连接架的一端与摇摆台台面固装，该连接架的另一端安装一滚动体，该滚动体安装在顶杆下端的安装槽内。

而且，所述的支架上端安装一导向套，顶杆套装在该导向套内。

一种惯性导航系统升沉速度的测量方法，其特征在于：该测量方法由以下步骤构成：

(1)将被试惯性平台安装到摇摆台的台面上；

(2)将连接架的一端固定在被试惯性平台下方的摇摆台上，保证滚动体与被试惯性平台框架坐标系原点高度一致；

(3)将高精度光栅尺竖直安装在支架上，并使滚动体与顶杆接触；

(4)启动被试惯性平台，并完成初始标定；

(5)启动摇摆台，利用计算机实时录取高精度光栅尺和被试惯性平台输出的运动参数，并利用后续数据处理程序，对同步录取的运动参数进行比对分析。

本发明的优点和有益效果为：

1、本测量装置采用连接架将顶杆和摇摆台相连接，连接架前端所安装的滚动体可以将惯性平台的升沉运动从复合运动中分离出来，并通过顶杆的竖直移动将升沉运动转化为光栅尺读数头的上下运动。因此使用本测量装置和测量方法可以将惯性平台的升沉运动从复合运动中分离出来，保证动态测量结果的准确性。

2、本发明利用高精度的光栅尺配合摇摆台和专用检测装置，并利用计算机实时录取光栅尺和惯性平台输出的实时运动参数，对两者进行比较，用以检测惯性导航系统的升沉速度的精度。由于采用了高精度的测量工具以及计算机实时自动控制，因此测量结果准确，解决了对升沉速度的动态测量精度的检验难以保证的难题。

3、本发明是一种利用光栅尺实现对惯性导航系统升沉速度的测量方法及装置，本发明可以将被测惯性平台的升沉运动从复合运动中分离出来，并转化为光栅尺读数头的上下运动，保证了对升沉速度的动态测量精度，对舰船的实际航行起到了极大的作用。

附图说明

图1是惯性导航系统垂向速度测试装置的结构示意图；

图2是图1的A部放大示意图；

图3是连接架和滚动体的立体结构示意图；

图4是光栅尺安装结构立体示意图；

图5是惯性平台复合运动分解机构示意图；

图6是惯性平台垂向加速度及运动轨迹。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种惯性导航系统升沉速度的测量装置，包括高精度光栅尺12和大型摇摆台1。摇摆台完成对升沉运动的模拟，高精度光栅尺完成对升沉运动的精确测量，作为评定惯性导航系统输出的升沉速度的参考值。高精度光栅尺竖直安装在一支架9上，该支架下部的支撑板13上导向安装一竖直的顶杆6，该顶杆通过连接线与高精度光栅尺的光栅读数头8的光栅读数头拨杆7相连接，支架上端安装一竖直的导向套5，顶杆套装在该导向套内，该导向套保持顶杆在垂向的运动轨迹与光栅尺读数头的运动轨迹保持一致。

顶杆和摇摆台通过一连接架4相连接，其具体连接结构为：连接架的一端与摇摆台台面2固装，该连接架的另一端安装一滚动体11，该滚动体安装在顶杆下端的安装槽10内。

一种惯性导航系统升沉速度的测量方法，由以下步骤构成：

(1)将被试惯性平台3安装到摇摆台的台面上；

(2)将连接架的一端固定在被试惯性平台下方的摇摆台台面下方，保证滚动体与被试惯性平台框架坐标系原点高度一致；

(3)将高精度光栅尺竖直安装在支架上，并使滚动体与顶杆接触良好；

(4)启动被试惯性平台，并完成初始标定；

(5)启动摇摆台，利用计算机实时录取高精度光栅尺和被试惯性平台输出的运动参数，并利用后续数据处理程序，对同步录取的运动参数进行比对分析。

本发明的工作原理是：

(1)光栅尺的安装

光栅尺是根据莫尔条纹原理，通过光电转换，靠光折射或透射反馈到感应器中进行测量，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器。它主要由标尺光栅和光栅尺读数头两部分组成。

标尺光栅安装在具有足够的刚性和强度，并且具有较高的光洁度和平面度的支架上，利用调节机构将标尺光栅调节到与水平面垂直。光栅尺读数头安装件要保证读数头能实现自如的直线运动并在其运动的过程中，始终保持与标尺光栅的可靠连接，以保证光栅尺的测量精度。

(2)惯性平台复合运动的分解与提取

固定在摇摆台上的惯性平台，其运动是垂向直线运动、横向直线运动和转动的复合运动，必须将此复合运动进行分解，只提取其中的垂向运动分量。

将惯性平台的复合运动进行分解，需要在惯导和光栅尺读数头之间用专用机械传动机构进行连接，此传动机构只将惯性平台的垂向运动分量传递给光栅尺读数头，使读数头能直接测量到惯性平台的升沉运动参数，测得的运动参数通过数据线传到录数计算机进行分析。机械传动机构简化示意图如图5所示。滚动体与被试惯性平台框架坐标系原点高度保持一致，它的运动就代表被试惯性平台框架坐标系原点的运动。滚动体沿运动轨迹运动时，始终与顶杆保持平面高副接触。这样，惯性平台的垂向运动分量通过滚动体传给顶杆，顶杆带动光栅尺读数头做升沉运动。

(3)舰船运动的模拟

此测量方法要实现的是对舰船的运动进行模拟，使被测试的惯性平台更接近真实工作状态。

在试验室内，将惯性导航系统的惯性平台固定在大型摇摆台的边缘位置，以使惯性平台尽可能获得最大升程。启动摇摆台，使惯性平台跟随摇摆台一起做摇摆运动。此时，惯性平台的台体上垂向加速度计的运动，是垂向直线运动、横向直线运动和转动的复合运动，其运动轨迹是圆弧的一部分，轨迹的曲线如图6所示。

(4)数据的录取

各项工作准备好后，启动摇摆台。光栅尺的读数头与惯性平台进行同步升沉运动，并实时测量惯性平台升沉运动参数。利用计算机实时录取光栅尺和惯性平台输出的运动参数，并利用后续数据处理程序，对同步录取的运动参数进行比对分析。

Claims (2)

1.一种惯性导航系统升沉速度的测量装置，其特征在于：包括高精度光栅尺和摇摆台，高精度光栅尺竖直安装在一支架上，该支架下部的支撑板上导向安装一竖直的顶杆，该顶杆通过一连接线与高精度光栅尺的光栅读数头相连接；顶杆和摇摆台通过一连接架相连接，该连接架的一端与摇摆台台面固装，该连接架的另一端安装一滚动体，该滚动体安装在顶杆下端的安装槽内，所述的支架上端安装一导向套，顶杆套装在该导向套内。

2.一种惯性导航系统升沉速度的测量方法，其特征在于：该测量方法由以下步骤构成：

(1)将被试惯性平台安装到摇摆台的台面上；

(2)将连接架的一端固定在被试惯性平台下方的摇摆台上，保证滚动体与被试惯性平台框架坐标系原点高度一致；

(3)将高精度光栅尺竖直安装在支架上，并使滚动体与顶杆接触；

(4)启动被试惯性平台，并完成初始标定；

(5)启动摇摆台，利用计算机实时录取高精度光栅尺和被试惯性平台输出的运动参数，并利用后续数据处理程序，对同步录取的运动参数进行比对分析。